Микропроцессорные регуляторы

Сыромятников стр. 196

Стали применятся с 1985 года.

Фирма АББ.

Selma–2 – система комплексной автоматизации.

AS-21 – один блок (микропроцессорный регулятор охлаждения всех контуров)

С-20→NC – последнее

NAF ECA-30 (DieselSim)

Реализуются микропроцессорным контроллером

Применение:

1. регулирование температурного режима (контуры забортной и пресной воды)

2. на танкерах с большим котлом (поддержание давления пара)

3. для поддержания уровня воды в котле

4. для поддержания частоты вращения.

С 1997 года США сняли с производства гидромеханические регуляторы Вудвард и наладили производство микропроцессорных регуляторов частоты вращения.

Технические характеристики NAF ECA-30:

1. закон регулирования – ПИ(Д)

2. U= 220, 28 В в зависимости от заказа

3. потребление мощности очень маленькое < 20Ватт

4. входные сигналы определяются уровнем номинала 0-20 В (или 0-5 В)

5. входное сопротивление 250 Ом.

Пример: U_вх=20В, R_вх=200Ом, I_max=0,1А, затем подбирается кабель, исполнительный механизм и т.д.

6. коэффициент усиления к_у=0,2-40=U_вых/U_вх

в настроечном органе имеется масштабирующий элемент настройки к_у:

7. время интегрирования 1,5-1500 секунд =

8. время дифференцирования Т_д=0-400 секунд

- закон регулирования.

Функциональная блок-схема микропроцессорного контроллера.

Многоканальный модулятор – на входе сигнал I(t) или U(t) необходимо преобразовать (смодулировать) в цифровой. Позволяет подключить к следующему блоку датчик, задатчик, к_R, T_u, T_Д (это все напряжение).

АЦП – аналого-цифровой преобразователь. Позволяет сигнал по амплитуде преобразовать в двоичный восьмирядный код.

МП – микропроцессор. Осуществляет вычисление над входным сигналом, под действием программы, заложенной постоянным запоминающим устройством с помощью логических элементов (и, или).

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство. ППЗУ – перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство. Хранит программу (2 вида: операционная система (программа) – проверяет исправность всех элементов контроллера и сообщает о неисправности, запускает программу прикладную, которая начинает работать с нуля. Прикладная программа хранит программу в виде ПИД-закона).

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство – это устройство, хранящее промежуточные сигналы управления, хранит их до тех пор, пока включено питание. Он как транзистор.

ЦАП – цифроаналоговый преобразователь. Преобразует двоичный сигнал в напряжение, которое идёт на электродвигатель или потенциометр.

Принцип работы

Особенности работы:

При включении, питания на микропроцессор (U=28V) подается от вторичного источника питания (от адаптера). Если предусматривается питание от 220В, то адаптер включается в блок МП-регулятор. Основная программа (операционная система) проверяет исправность датчика, ИМ, МП, ОЗУ, ПЗУ собственно и др.

И в случае исправности переходим к запуску прикладной программы. В случае неисправности – дает сигнал светодиод. Прикладная программа считывает при помощи микропроцессора сигнал от датчика и скачивает его в буфер на временное хранение, затем обращается к задатчику уровня регулируемой величины, передавая эту информацию в буфер обратно, для хранения. А так же обращается ко всем настроечным органам (Кр, Ти, Тд) и через модулятор отправляет в ОЗУ. При помощи прикладной программы в ОЗУ производится вычисление упр. воздействия в соответствии с законом ПИД регулятора и посылает его в буфер выходного сигнала. Этот код хранится в буфере. В буфере сигнал преобразуется в аналоговый (цифровой, двухпозиционный) сигнал и передается на управляющее устройство СМ (если СМ – электрический, то управляющее устройство – магнитный пускатель; если СМ – пневматический, то сигнал – электрический аналоговый, передается в преобразователь сигнала в пневматический сигнал).

В случае интегрированного ИМ, на него устанавливается датчик положения РО, который в виде ОС может быть подключен к микропроцессору. Микропроцессор обеспечивает вычисление под действием прикладной программы, которая составляется на основе алгоритма обработки информации.

Алгоритм – логическая последовательность вычисления управляющего воздействия по закону ПИД в упрощенном виде. Разработка прикладной программы осуществляется в последовательности следующих действий:

Шаг 1: обращение к датчику;

Шаг 2: выполнение простейших вычислений;

Шаг 3: все операции производятся в течении машинного времени (0,001 сек) и передаются в ОЗУ, откуда – в буфер выходного сигнала. Обновление входных и выходных сигналов в буферах осуществляется с частотой иной, нежели частота генератора микропроцессора. Цикл обновления происходит с частотой в 10 раз выше частоты постоянной времени СМ. Цикл обновления в буферах предназначен для работы регулятора в реальном времени и создает иллюзию работы регулятора как пневмо- или гидромеханический регулятор.

Внешний вид блока МП NAF-30

DGS – 8800

Обеспечивает регулирование частоты вращения в системе ДАУ модели AutoChief – 4-7.

Закон регулирования – ПИД с К_{усиления} = Varia.

• зона АВ – быстрое воздействие на РО для быстрого сброса отклонения регулируемой величины;

• зона ВС – малый Ку, высокая неравномерность, исключающая автоколебания;

• зона CD – мертвая зона.

•регулятор обеспечивает контроль за нагрузкой двигателя и обеспечивает защиту от перегрузки.

•бездымное горение

•управление движением рейки

•полный ход двигателя программным устройством обеспечивается от среднего хода до полного обеспечивает защиту от тепловой нагрузки

•выходное устройство – пневматический АсТuаtоr (СМ+позиционер), который преобразует рассчитанное положение рейки в фактическое положение рейки.

Потребляет U=28V при N незначительная

Пневмоэнергия 8 бар с незначительным расходом.

Маломощный шаговый электродвигатель приводит в движение рейку модернизированных топливных насосов.

Адаптивный фильтр – устраняет помехи и самоприспосабливается к определенному диапазону частоты вращения двигателя

ЧЭ (2шт.) выполняют две функции: 1. повышение надежности. При отказе одного включается другой. 2. Его задача определить направление частоты вращения.

ДУ – диффиринциальный усилитель.

В некоторых регуляторах используется принцип заполнения интервалов между импульсами генератора. В этом случае упрощается ДУ.

Общий состав регулятора.

1. источник питания (вторичный).

2. блок корпуса регулятора DGU-8800.

3. блок (плата) актюатора.

4. датчик частоты вращения (импульсный).

5. датчик давления продувочного воздуха.

6. датчик положения топливной рейки.

Принцип измерения частоты вращения – подсчет количества импульсов генератора. Которые заполняют интервалы между импульсами от датчика.

Отказы, прежде всего, возникают у датчика, актюатора и у вторичного источника питания.

Актюатор – это поршневой сервомотор.

- на участке АВ

- на участке ВС

- с учетом нечувствительности

(см. рис. ниже)

- число назначенное проектировщиком, которое необходимо для компенсации отклонения.